(57)【要約】      （修正有）【課題】機械的な振れ、ガタつきが少なく、精度の高いバランスの取れた機構を有する高速加工用スピンドル装置であって、高精細な加工品質を目指し、且つ部品寿命も格段に延長する。【解決手段】プラネタリーギア８とプラネタリーギアシャフト及びシャフトの両端に取り付けるベアリングによりユニット化して、最もバランスの良い４ユニット構成として、キャリアカバー取り付けピンによりそれぞれを分室化して囲いこみ、プラネタリーギア８の動きすなわちサンギア７とインターナルギア６の噛合いから生じる振動を吸収分散することにより静音化して、結果的に高精度加工と部品の長寿命化を実現した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピンドルシャフトの中央先端部に取り付けたサンギアと該サンギアと同心円上にインターナルギアを配し、該サンギアと該インターナルギアの両方に噛合うように同一平面上に軸中心を有する複数の同一形状のプラネタリーギアを配し、該プラネタリーギアは各々中心軸を有し、該中心軸の両端にはベアリングが配されたプラネタリーギアユニットを形成し、ドライブシャフトの一端に設けたギア取り付けキャリアに前記ベアリングの一方を介して、各プラネタリーギアユニット収納部を等分に分室化する構成のキャリアカバー取り付けピンに、前記ベアリングの他方を介してキャリアカバーを嵌合させて前記複数のプラネタリーギアを挟持したことを特徴とする高速加工用スピンドル装置。
【請求項２】
４個のプラネタリーギアユニットを有することを特徴とした請求項１記載の高速加工用スピンドル装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本発明は、ＮＣ自動旋盤等の微細高速加工用に使用するスピンドル装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】従来、一般的に自動旋盤等の微細高速加工用のスピンドル装置の増速機構としてクランクギア方式のものが良く知られている。このほか電気モーターを使って速度を制御する方式のものもすでに製品化されている。【０００３】機械的な増速手段として、クランクギア方式のほか、遊星歯車機構を用いたものも知られている（特許文献１）。
【先行技術文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００１−１９８７６４号
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】クランクギアを用いた増速機構を採用したスピンドルは、回転駆動源からの抜き差しが簡単にできるという利点をもっているが、振動や回転音が大きく、また主軸の振れやガタが大きいため精度の保持が難しいという欠点を有している。
【０００６】一方電気モーター方式のものは機械的な振動は低減されるものの電源を必要とするため制御ボックス、配線の設置が煩わしい等の問題がある。
【０００７】遊星歯車機構を採用したものはクランクギアに比較して振動や回転音が低く精度の保持が良化するという長所を有しているが、超高速微細加工等においてはいまだ十分な性能が発揮されていないのが現状である。
【０００８】本発明は上述のような問題点に着目してなされたものであり、従来より知られている遊星歯車機構を機械的な振れ、ガタつきに焦点を当て、精度の高いバランスの取れた機構を採用することで高精細な加工品質を目指し、且つ部品寿命も格段に延長することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】上述の目的を達成するために、請求項１記載の発明による高速加工用スピンドル装置は、スピンドルシャフトの中央先端部に取り付けたサンギアと該サンギアと同心円上にインターナルギアを配し、該サンギアと該インターナルギアの両方に噛合うように同一平面上に軸中心を有する複数の同一形状のプラネタリーギアを配し、該プラネタリーギアは各々中心軸を有し、該中心軸の両端にはベアリングが配されたプラネタリーギアユニットを形成し、ドライブシャフトの一端に設けたギア取り付けキャリアに前記ベアリングの一方を介して、各プラネタリーギアユニット収納部を等分に分室化する構成のキャリアカバー取り付けピンに、前記ベアリングの他方を介してキャリアカバーを嵌合させて前記複数のプラネタリーギアを挟持したものである。
【００１０】請求項２記載の発明による高速加工用スピンドル装置は、プラネタリーギアユニットを４個配設したものである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】以下にこの発明の実施の形態を図面を用いて詳細に説明する。図１はこの発明による高速加工用スピンドル装置の一つの実施の形態を示している。
【００１２】図１は本発明のスピンドル装置の断面図である。ボディ１およびエンドボディ２の中央部にベアリングを介してドライブシャフト３が配置されている。ドライブシャフト３のエンドボディー２側には工作機械の主軸からの回転駆動を伝えるカップリングギア４がナット５により締め付けられている。一方ドライブシャフト３の他端側にはインターナルギア６、サンギア７およびプラネタリーギア８からなる遊星歯車増速機構部が設けられている。
【００１３】スピンドル装置の先端部には工具を取り付ける工具装着部材９がスピンドルシャフト１０の一端部に取り付けられており、このスピンドルシャフト１０はベアリングを介してスピンドルハウジング１１の中央部に配置されている。スピンドルシャフト１０の他端側にはサンギア７が取り付けられている。
【００１４】工作機械の主軸から駆動される回転力はカップリングギア４を介してドライブシャフト３を回転させ、この回転はドライブシャフト３の先端部に取り付けた複数のプラネタリーギア８が自転しつつインターナルギア６の内側およびサンギア７の外側を複数のプラネタリーギア８の各々に歯をかみ合わせながら公転することによりインターナルギア６とサンギア７の歯数比に応じてスピンドルシャフト１０を増速してその回転を伝達する。
【００１５】本発明の高速加工用スピンドル装置は、工作機械の主軸が５０００ｒｐｍで回転するときその４倍の２００００ｒｐｍの高速回転で工作工具を回転させることができる。このことにより工作時間の短縮は勿論であるが、工具が高速に回転することにより高精度の精密微細加工が可能となるものである。この性能を達成するためには、回転の振れを可能な限り抑え軽い負荷で駆動力を増速しながら伝達することが必須である。
【００１６】高精度の精密微細加工の性能を満たす最大の要素である本発明の詳細を図２により説明する。図２はドライブシャフト３の断面図およびギア取り付けキャリア１２の拡大図である。ドライブシャフト３の先端部にギア取り付けキャリア１２を設ける。ギア取り付けキャリア１２にはベアリング受け穴１３が中心軸対象に４か所ギア取り付けキャリア１２上に形成される。さらにそれぞれのベアリング受け穴１３を囲うようにキャリアカバー取り付けピン１４が４か所形成される。この時キャリアカバー取り付けピン１４はベアリング受け穴１３をこれと同心円（点線および実線で図示）の曲線を有する壁で囲うように４か所のそれぞれを等分に分室化するように構成する。キャリアカバー取り付けピン１４の先端部はキャリアカバーを締結するねじ穴が設けられている。これらの加工は触れ精度を最小限に抑えられるように一体加工される。
【００１７】次にプラネタリーギア８のユニットの構成について図３により説明する。プラネタリーギア８は中央部の貫通穴の一部に平行にキー１７を有し、プラネタリーギアシャフト１５に設けたキー溝１６に嵌めこんで設置される。プラネタリーギアシャフト１５の両端にはそれぞれベアリング１８，１９がはめ込まれプラネタリーギアユニットを構成する。キー１７およびキー溝１６は精度を確保するため及び部品点数の削減のためにそれぞれ一体加工を施す。
【００１８】プラネタリーギア８、プラネタリーギアシャフト１５、及び両端に配したベアリング１８，１９からなるプラネタリーギアユニットはドライブシャフト３の先端部に設けたギア取り付けキャリア１２上のベアリング受穴１３に嵌めこむ。ベアリング受穴は同一円周上に９０度の等角度に分割された位置に中心をもつ４か所からなる。したがって４個のプラネタリーギアユニットがベアリング受穴１３にセットされた状態が作られる。図４はキャリアカバー２０の表面Ａ，裏面Ｂを示すもので、上部に突き出た４つのベアリング位置を図４中に示したキャリアカバー２０上のベアリング受穴２１に合わせながら位置決めされたキャリアカバー取り付けピン１４をピン固定穴２２に嵌めこんでキャリアカバー１４を閉じた後、ネジでしめこんで固定する。
【００１９】４個のプラネタリーギアユニットは、キャリアカバー取り付けピン１４の作る４つの分室にそれぞれに収納された状態でドライブシャフト３に組み付けられてドライブシャフトユニットが完成する。この後、サンギア７を取り付けたスピンドルシャフト１０が、図１のごとく組み込まれて本発明の高速加工用スピンドル装置の組み立てが完成する。
【００２０】工作機械に上記高速加工用４倍速スピンドル装置を組み付けて主軸の回転５０００ｒｐｍにて、微細穴開け加工やエンドミルに使用した。２００００ｒｐｍで回転しているにもかかわらず、極めて静かになめらかに運転できた。また、加工面は高精度を保ち、本発明の高速加工用スピンドル装置を構成する歯車等の部品の摩耗も従来の単なる遊星ギア方式に比べて格段に少ないことが実証された。
【００２１】本発明の請求項２では、４個のプラネタリーギアユニットで構成することを特徴としている。プラネタリーギアは２個でも、３個でも、５個でも同様な増速は可能であり、少ない方がコスト的に有利に思われるが、あえて４個を選択したことには重要な理由がある。その理由は、プラネタリーギアユニットを支えるキャリアカバー取り付けピン１４が９０度の角度でバランス良くプラネタリーギアを囲むように等分に配置されていることにより、回転によるブレが少なく且つギア同志の噛合い時の摩擦が低減され静音化が達成され、また高精度の加工を実現することとなる。これにより結果的に部品の摩耗が低減され装置の長寿命化が達成されるものである。
【発明の効果】
【００２２】以上の説明から理解されるごとく、この発明による高速加工用スピンドル装置は、スピンドルシャフトの中央先端部に取り付けたサンギアと該サンギアと同心円上にインターナルギアを配し、該サンギアと該インターナルギアの両方に噛合うように同一平面上に軸中心を有する複数の同一形状のプラネタリーギアを配し、該プラネタリーギアは各々中心軸を有し、該中心軸の両端にはベアリングが配され、ドライブシャフトの一端に設けたギア取り付けキャリアに前記ベアリングを介して、各プラネタリーギアを等分に分室化する構成のキャリアカバー取り付けピンにキャリアカバーを嵌合させて前記複数のプラネタリーギアを挟持したものであって、この装置によれば主軸の回転がインターナルギアとサンギアの歯数の比に応じて増速される。
【００２３】本発明では、最も動きの激しいプラネタリーギアに着目し、プラネタリーギアとプラネタリーギアシャフト及びシャフトの両端に取り付けるベアリングによりユニット化して、最もバランスの良い４個構成として、キャリアカバー取り付けピンによりそれぞれを分室化して囲いこみ、プラネタリーギアの動きすなわちサンギアとインターナルギアの噛合いから生じる振動を吸収分散することにより静音化して、結果的に高精度加工と部品の長寿命化を実現したものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の、高速加工用スピンドル装置の断面図である。
【図２】本発明の、ドライブシャフトの断面図およびギア取り付けキャリアのＡ矢視拡大平面図である。
【図３】本発明の、プラネタリーギアユニットの構成図である。
【図４】本発明の、キャリアカバーの平面図及びキャリアカバーの表面Ａ、裏面Ｂの斜視図である。
【符号の説明】１  ボディ
２  エンドボディ
３  ドライブシャフト
４  カップリングギア
５  ナット
６  インターナルギア
７  サンギア
８  プラネタリーギア
９  工具装着部材
１０  スピンドルシャフト
１１  スピンドルハウジング
１２  ギア取り付けキャリア
１３  ベアリング受穴
１４  キャリアカバー取り付けピン
１５  プラネタリーギアシャフト
１６  キー溝
１７  キー
１８  ベアリング
１９  ベアリング
２０  キャリアカバー  Ａ：表面  Ｂ：裏面
２１  ベアリング受穴
２２  ピン固定穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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